DE10360712A1

DE10360712A1 - Verfahren zur Herstellung eines offenen Hohlprofils aus einem Profilträger und offenes Hohlprofil

Info

Publication number: DE10360712A1
Application number: DE2003160712
Authority: DE
Inventors: Thomas Prof. Dr.-Ing. Ummenhofer; Udo Prof. Dr.-Ing. Peil; Arved Dipl.-Ing. Haasler; Maik Dipl.-Ing. Render; Marcus Dipl.-Ing. Lippe
Original assignee: Peiner Traeger GmbH
Current assignee: Peiner Traeger GmbH
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-28
Also published as: EP1544370A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines offenen Hohlprofils aus einem Profilträger, der zumindest zwei im Wesentlichen parallele Flansche aufweist, die durch einen senkrecht zu den Flanschen ausgebildeten Steg miteinander verbunden sind, wobei die Flansche sich beiderseits des Steges erstrecken. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein offenes Hohlprofil als solches. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines offenen Hohlprofils bereitzustellen, das einfach durchzuführen ist und mit dem offene Hohlprofile hergestellt werden können, die eine leichte Montierbarkeit mit einer hohen Betriebsfestigkeit vereinen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Flansche durch Umformen des Steges dergestalt aufeinander zu bewegt werden, dass eine Flanschkante eines ersten Flansches einer Flanschkante eines zweiten Flansches im Wesentlichen parallel und beabstandet gegenüberliegt, wobei der erste Flansch und der zweite Flansch in einem Winkel zueinander liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines offenen Hohlprofils aus einem Profilträger, der zumindest zwei im wesentlichen parallele Flansche aufweist, die durch einen rechtwinkelig zu den Flanschen ausgebildeten Steg miteinander verbunden sind, wobei die Flansche sich beiderseits des Steges erstrecken. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein offenes Hohlprofil als solches.

Geschlossene Hohlprofile werden auf dem Markt als kalt- oder warmgeformte sowie stranggepresste Rundrohr- und Quadrat- bzw. Rechteckhohlprofile angeboten. Solche geschlossene Hohlprofile haben statische Vorteile hinsichtlich der Torsionssteifigkeit sowie ein günstiges Stabilitätsverhalten, insbesondere eine geringe Neigung zum Biegedrillknicken.

Bei der Herstellung von Gittertürmen oder Gittermasten im Bauwesen sowie bei der Erstellung von Fachwerkskonstruktionen mit Metallprofilen werden vorwiegend L-Profile als Konstruktionsprofile verwendet. Diese haben den Vorteil einer leichten Montage durch Verschrauben der Eckstiele sowie Ausfachungen untereinander. Werden hier die üblichen geschlossenen Hohlprofile verwendet, ist die Fügbarkeit aus konstruktiven Gründen deutlich erschwert, da eine Verbindung der Hohlprofile über Flansch- oder Schweißverbindungen realisiert wird. Diese Verbindungen weisen jedoch hinsichtlich des Betriebsfestigkeitsverhaltens bei der Kraftübertragung in Profilrichtung deutliche Nachteile gegenüber mit HV-Schrauben ausgeführten Laschen- bzw. Schnittverbindungen auf. Ebenfalls ist das Schweißen vor Ort sehr aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofiles bereitzustellen, das einfach durchzuführen ist und mit dem Hohlprofile hergestellt werden kann, die eine leichte Montierbarkeit mit einer hohen Betriebsfestigkeit vereinen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Flansche durch Umformen des Steges dergestalt aufeinander zu bewegt werden, dass eine Flanschkante eines ersten Flansches einer Flanschkante eines zweiten Flansches im wesentlichen parallel und beabstandet gegenüberliegt, wobei der erste Flansch und der zweite Flansch in einem Winkel zueinander liegen. Dadurch wird ein offenes Hohlprofil erreicht, das Vorteile hinsichtlich des Stabilitätsverhaltens mit den hervorragenden Eigenschaften der Winkelprofile hinsichtlich der Betriebsfestigkeit und der leichten Montierbarkeit vereinbart. Darüber hinaus sind nahezu beliebige Dimensionierungen zu erreichen, da die verwendeten Profilträger, vorzugsweise handelsübliche I-Profile oder spezielle Walzprofile, in einer Vielzahl an Dimensionen sowohl hinsichtlich der Flansche als auch des Steges vorliegen.

Das erfindungsgemäße Profil besteht aus einem Profilträger, der aus zwei Flanschen und einem Steg ausgebildet ist, wobei unter Bildung eines offenen Profilquerschnitts eine Flanschkante einer weiteren Flanschkante dergestalt zugeordnet ist, dass Flanschabschnitte seitlich herausragen, so dass insbesondere bei einer Verwendung solcher Profile als Tragwerkselemente für Hochbauten, beispielsweise für Windkraftanlagen, eine leichte Montierbarkeit der Verstrebungen an den überstehenden Flanschabschnitten gegeben ist.

Zur Bildung des Profiles wird der Steg entlang zumindest einer Abkantlinie gebogen, vorzugsweise U-förmig gebogen, so das eine Basis und zwei Schenkel entstehen, wobei die Schenkel vorzugsweise rechtwinkelig zu der Basis ausgerichtet sind und parallel zueinander verlaufen. Dadurch wird ein offenes Kastenprofil gebildet, vorzugsweise ein U-Profil mit an den Schenkelenden angeordneten Flanschen, das so bemessen ist, dass die Flanschkanten in Längsrichtung parallel zueinander liegen, jedoch nicht miteinander verbunden und vorzugsweise voneinander beabstandet sind. Durch einfaches Umformen ohne weitere Arbeitsschritte wird so ein stabiles Profil erzeugt, dass leicht zu montieren ist und an welches Anbauteile leicht angeordnet werden können.

Um das Kastenprofil gemäß der Anforderungen auszugestalten, müssen die Basis und die Schenkel entsprechende Abmessungen aufweisen. Damit übliche Walzprofile verwendet werden können, ohne dass sich die Flansche berühren oder überlagern, werden die seitlichen Schenkel des U-förmigen Steges entlang je einer Abkantlinie aufgebogen, also die Öffnung erweitert, so dass insgesamt vier Abkantlinien in dem Steg vorhanden sind. Zwei davon bilden die Begrenzung für die Basis, während die flanschseitig davon liegenden Abkantlinien, um die entgegengesetzt gebogen wird, den Beginn der Aufweitung des U markieren.

Um den Umformvorgang zu erleichtern bzw. zu konzentrieren, sind in dem Steg Materialschwächungen in Gestalt von Nuten oder Ausnehmungen eingearbeitet, entlang derer die Umformung kalt oder warm ausgeführt wird. Neben der Verbesserung der Haltbarkeit aufgrund des gleichmäßigen Spannungsverlaufes in der Biegestelle wird durch die Materialschwächungen bzw. Ausnehmungen oder Nuten die Biegekante bzw. die Biegekanten vorgegeben, so dass der Biegevorgang als solcher vereinfacht wird. Da die Querschnitte der Profilträger in der Regel symmetrisch sind und die Flanschkanten zueinander parallel liegen, sind die Materialschwächungen vorzugsweise parallel zu der Längserstreckung des Profilträgers angeordnet, so dass eine Biegung um eine Achse parallel zur Längserstreckung des Profilträgers erfolgen kann.

Es ist vorgesehen, dass mehrere, parallel zueinander angeordnete Materialschwächungen in dem Steg vorgesehen sind, entlang derer umgeformt wird, so dass der Steg aus drei oder mehr im Winkel zueinander ausgerichteten Schenkeln besteht. Bei nur einer Materialschwächung bzw. bei einem Biegevorgang um nur eine Achse wird der Steg zu einem Verbindungswinkel der Flansche mit zwei Schenkeln.

Der Umformvorgang kann direkt im Anschluß an den Walzvorgang durchgeführt werden, wenn sich der Profilträger noch in einem erwärmten Zustand befindet, möglich ist jedoch ein Biegen auch nach dem Abkühlen oder eine nachträgliche Erwärmung der Biegestellen durch Induktion, Gas oder dergleichen. Der Biegevorgang selbst kann in mehreren, diskreten Schritten oder kontinuierlich in einem ununterbrochenen Biegevorgang erfolgen.

Vorteilhafterweise wird als Profilträger ein einstückiger I-Träger oder ein gewalztes I-Profil verwendet, alternativ kann ein asymmetrischer Profilträger eingesetzt werden. Je nach Abmessung des Ausgangsprofils ist die Zellengröße des Kastenquerschnittes ausgebildet, ebenso kann die Kontur des Kastenquerschnittes gemäß der Anforderung ausgestaltet sein, das heißt, es können unterschiedliche Winkel zwischen den Flanschen realisiert werden.

Ebenfalls kann in Abhängigkeit von dem Ausgangsprofil ein unterschiedlicher Biegewinkel bzw. können mehrere, unterschiedliche Biegewinkel in dem Steg zwischen den Flanschen verwirklicht werden. Der Steg selber kann auch rund gebogen sein, um scharfe Knicke und damit verbundene hohe Plastifizierungsgrade im Werkstoff zu vermeiden.

Ebenfalls ist es vorgesehen, dass in dem Steg eine Materialanhäufung, vorzugsweise über die gesamte Profillänge, ausgebildet ist, entlang derer die Umformung stattfindet, so dass an der Rückseite des Profils eine größere Wandstärke vorhanden ist als an den Seitenwänden.

Vorteilhafterweise sind entlang der Übergänge der Materialanhäufung zu dem normalen Steg Materialschwächungen ausgebildet, um das Biegen zu erleichtern und Spannungen zu vermeiden.

Eine besonders bevorzugte Verwendung eines solchen Hohlprofiles sieht vor, dass es als Träger für Fachwerkskonstruktionen oder als Konstruktionselement eingesetzt wird, wobei die Verbindung mehrerer solcher Profile durch Verschrauben von Flanschabschnitten mit HV-Schrauben über Laschen- bzw. Schnittverbindungen realisiert werden kann. Dadurch können diese Profile leicht montiert werden, weisen ein sehr gutes Betriebsfestigkeitsverhalten auf und vermeiden die Nachteile von L-Profilen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren bezeichnen gleiche Bauteile. Es zeigen:
1 und 2 – im Querschnitt Ausgangsprofile und die daraus gebildeten offenen Hohlprofile
Die 1 und 2 zeigen in Querschnittsansicht jeweils auf der linken Seite einen Profilträger 1, der als sogenannter I-Träger oder Doppel-T-Träger ausgebildet ist und vorzugsweise aus einem gewalzten Profil besteht. Ein solcher Profilträger 1 besteht aus zwei im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Flanschen 2, 3, die durch einen mittig angeordneten Steg 4 verbunden sind. Neben der dargestellten Ausführungsform mit parallelen Flanschflächen können die inneren Flanschflächen auch geneigt ausgebildet sein.
Zur Bildung eines offenen Hohlprofiles werden zwei gegenüberliegende Flanschkanten 21, 31 der beiden Flansche 2, 3 aufeinander zu bewegt, wobei der Steg 4 des Profilträgers 1 umgeformt wird. Der Umformvorgang findet solange statt, bis die Flanschkanten 21, 31 parallel zueinander liegen und voneinander beabstandet sind.
Der eine Umformvorgang erfolgt gemäß der 1 und 2 um die Abkantlinien 45, 46 die den Steg 4 in drei Abschnitte 41, 42, 43 teilt. Die Abkantlinien verlaufen dabei im wesentlichen parallel zu der Längserstreckung des Profilträgers 1. Beim anderen Umformvorgang werden die Schenkel 42, 43 um die Abkantlinien 14, 24 gebogen, so dass die Flansche 2, 3 in einem gewünschten Winkel zueinander liegen. Der Winkel α kann zwischen 30° und 150° liegen, je nach Einsatzzweck des Profiles. Die Reihenfolge der Umformvorgänge richtet sich nach den prozesstechnischen Gegebenheiten, wobei wohl zunächst um die Abkantlinien 14, 24 gebogen wird und anschließend um die Abkantlinien 45, 46, alternativ kann ein gemeinsamer Umformvorgang erfolgen.
Neben der in der 1 dargestellten rechtwinkligen Zuordnung der Flansche 2, 3 zueinander bzw. der Flanschkanten 21, 31 zueinander, sind je nach Einsatzgebiet unterschiedliche Winkel zwischen den Flanschen 2, 3 vorgesehen. Während ein Winkel von ca. 90° für viereckige Konstruktionen sinnvoll ist, ist ein Winkel von ca. 60° für dreieckige Konstruktionen und für vieleckige Konstruktionen ein entsprechender Winkel vorgesehen. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Abkantlinien verwirklicht werden. Der zwischen den Flanschen 2, 3 vorhandene Winkel α kann, wie oben ausgeführt, variabel ausgebildet sein.
In dem Steg 4 können nicht dargestellte Materialschwächungen eingearbeitet sein, die beispielsweise beidseitig einander gegenüberliegend in Gestalt von Nuten oder Ausnehmungen ausgebildet sind. Alternativ kann eine solche Materialschwächung in Gestalt einer Nut nur einseitig ausgebildet sein. Je nach Biegerichtung und Verformungsgrad kann eine entsprechende Materialschwächung in dem Steg 4 einseitig oder beidseitig bei der Herstellung des Profilträgers 1 bereits eingearbeitet, z. B. eingewalzt werden. Selbstverständlich ist ein Biegen des Steges 4 auch ohne Nut oder Ausnehmung möglich. Der Steg 4 kann zudem mit regelmäßig oder unregelmäßig zueinander beabstandeten Durchbrüchen versehen sein, so dass ein sog. Wabenträger vorliegt. Die Abkantlinien laufen dabei durch die Stegdurchbrüche, ggf. ist die Zugänglichkeit zu dem Hohlprofil verbessert.
Ebenfalls sind Materialanhäufungen zur Verstärkung des Profiles, insbesondere an der Basis 41 möglich. An der Oberkante und Unterkante der Materialanhäufung oder der Verdickung des Steges 4 wird der Profilträger gebogen, so dass die Flanschkanten der Flansche 2 und 3 einander unter einem Winkel α gegenüberliegen. Durch die Materialverdickung des Steges 4 wird im Endzustand des Hohlprofils eine größere Wandstärke in dem Bereich des Profils erreicht, der der Lücke zwischen den Flanschen 2, 3 gegenüberliegt. Um Spannungen beim Biegen des Steges 4 zu vermeiden, sind Materialschwächungen an den Oberkanten und Unterkanten der Materialverdickung des Steges 4 angebracht. Diese können eingefräst oder eingewalzt sein.
An den den gegenüberliegenden Flanschkanten 21, 31 abgewandten Flanschkanten 22, 32 können Anbauteile über Verschraubungen oder dergleichen angebracht werden, ebenso sind Verstrebungen oder Aussteifungen an diesen Abschnitten der Flansche 2, 3 anbringbar, beispielsweise mittels Verschweißen oder Verschrauben.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines offenen Hohlprofiles aus einem Profilträger (1), der zwei zumindest im wesentlichen parallele Flansche (2, 3) aufweist, die durch einen im wesentlichen rechtwinkelig zu den Flanschen (2, 3) ausgebildeten Steg (4) miteinander verbunden sind und sich beidseitig des Steges (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (2, 3) durch Umformen des Steges (4) dergestalt aufeinander zu bewegt werden, dass eine Flanschkante (21) eines ersten Flansches (2) einer Flanschkante (31) eines zweiten Flansches (3) im wesentlichen parallel gegenüberliegt, wobei der erste Flansch (2) und der zweite Flansch (3) in einem Winkel (α) zueinander liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) U-förmig gebogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Schenkel (42, 43) des U-förmigen Steges (4) entlang einer Abkantlinie (14, 24) aufgebogen werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steg (4) Materialschwächungen eingearbeitet werden, entlang derer die Umformung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschwächungen parallel zu der Längserstreckung des Profilträgers (1) verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, parallel zueinander angeordnete Materialschwächungen in dem Steg (4) vorgesehen sind, entlang derer die Umformung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Profilträger (1) ein einstückiger I-Träger, vorzugsweise ein gewalzter Träger, verwendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformvorgang in diskreten Schritten oder kontinuierlich durchgeführt wird.
Offenes Hohlprofil, bestehend aus einem Profilträger (1), der aus zwei Flanschen (2, 3) und einem die Flansche (2, 3) verbindenden Steg (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) entlang zumindest einer Abkantlinie (14, 24, 45, 46) umgeformt ist und eine Flanschkante (21) eines ersten Flansches (2) einer Flanschkante (31) eines zweiten Flansches (3) parallel und beabstandet gegenüberliegt, wobei die Flansche (2, 3) in einem Winkel (α) zueinander ausgerichtet sind.
Hohlprofil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) U-förmig gebogen ist.
Hohlprofil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass seitlichen Schenkel (42, 43) des U-förmigen Steges (4) entlang einer Abkantlinie (14, 24) aufgebogen sind.
Hohlprofil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Schenkel (42, 43) des U-förmigen Steges (4) im wesentlichen parallel bis zu den Abkantlinien (14, 24) verlaufen.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilträger (1) ein I-Profil ist.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilträger (1) einstückig ausgebildet ist.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilträger (1) ein Walzprofil ist.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steg (4) Materialschwächungen ausgebildet sind, entlang derer die Umformung, insbesondere Biegung, erfolgt.
Hohlprofil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschwächungen beidseitig einander gegenüberliegend in dem Steg (4) ausgebildet sind.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (2, 3) in einem Winkel α von 30°–150° zueinander ausgerichtet sind.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steg (4) zumindest eine Materialverdickung ausgebildet ist, entlang deren Kanten die Abkantlinien (14, 24, 45, 46) oder Materialschwächungen verlaufen.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steg (4) Ausschnitte vorhanden sind.
Verwendung eines Hohlprofils nach einem der Ansprüche 9 bis 20 als Träger für Fachwerkkonstruktionen und/oder als Konstruktionselement.